Глава 2. Ученый-гуманист.

Галилео Галилей родился в Пизе 15 или 16 февраля 1564 г.[24] Его мать Джулия Амманнати была образованной, однако колючей и желчной уроженкой Пеши, происходившей из семьи торговцев шерстью и одеждой. Его отец Винченцо был флорентийским музыкантом и теоретиком музыки из семьи с благородными корнями, но весьма скромным материальным положением. Даже в те времена музыкантам было трудно прокормить себя и семью только своим искусством, и Винченцо, видимо, стал совмещать творчество с торговлей тканями[25]. Пара сочеталась браком в 1563 г., и после Галилео в семье появилось еще двое сыновей и три или, по некоторым сведениям, четыре дочери[26]. Из них существенную роль в жизни Галилея играли только младший брат Микеланджело и две сестры, Ливия и Вирджиния.

Вероятно, Галилей унаследовал бунтарскую натуру, уверенность в своей правоте и недоверие к авторитетам от отца, а эгоистичность, ревнивость и тревожность от матери. Винченцо Галилей яростно протестовал против теории музыки, продвигаемой его собственным учителем Джозеффо Царлино[27]. Теоретик старой школы, Царлино стойко держался традиции, восходящей к древним пифагорейцам, согласно которой образуемые струнами приятные созвучия (такие как октава или квинта) можно извлечь только на одинаковых струнах, длины которых находятся в целочисленных пропорциональных отношениях, например 1:2, 2:3, 3:4 и т. д. Именно безоговорочное следование этой схеме породило старую шутку, что музыканты эпохи Возрождения посвящали половину времени настраиванию инструментов, а другую половину – фальшивой игре.

Винченцо был убежден, что приверженность этой консервативной схеме ничем не обоснована и что возможны другие критерии, столь же, если не более, важные. Проще говоря, отец Галилея утверждал, что музыкальная созвучность определяется слухом музыканта, а не его познаниями в арифметике. Добиваясь освобождения музыки от пифагорейцев, Винченцо открыл путь к современной “хорошо темперированной системе”, которую позднее популяризировал Иоганн Себастьян Бах. В серии экспериментов со струнами из разных материалов и при разном натяжении он доказал, например, что различно натянутые струны могут звучать в октаву при соотношении длин, отличном от канонического 2:1 (использовавшегося при одинаковом натяжении). Почти пророчески Винченцо назвал одну из своих книг по этой теме “Диалог о древней и современной музыке”[28], а другую – “Беседы о работе мессира Джозеффо Царлино из Кьоджи”. Годы спустя две важнейшие книги Галилео будут названы “Диалог о двух системах мира” и “Беседы и математические доказательства, касающиеся двух новых отраслей науки”. Одна фраза вымышленного диалога Винченцо о музыке точно передает кредо, которого Галилео будет придерживаться в жизни. Два собеседника с самого начала соглашаются безоговорочно “отставить в сторону не только авторитетное мнение, но и рассуждение, которое выглядит правдоподобным, но противоречит восприятию истины”.

В отрочестве Галилео, скорее всего, помогал отцу в экспериментах со струнами, в ходе которых начал понимать важность научного подхода на основе наблюдаемых данных. Возможно, это был первый шаг на его пути к твердой уверенности в том, что, давая описание природного явления, необходимо, как он позднее сформулирует, “найти и прояснить определение, наиболее согласующееся с тем, что демонстрирует природа”. Необходимость выполнить серию экспериментов с весами, подвешенными на струнах (для изменения натяжения), также могла заронить в его ум зерно идеи об использовании маятника для измерения времени[29].

Винченцо был не только талантливым лютнистом, его интересы выходили за рамки узкоспециального спора о контрапункте. Хотя он являлся активным участником Флорентийской камераты, организованной графом де Барди, – группы интеллектуалов, интересующихся музыкой и литературой, – его образование включало классические языки и математику. В общем, Винченцо вполне соответствовал тому, что мы сегодня называем человеком эпохи Возрождения.

Выросший в подобной среде, Галилео был готов последовать за отцом и стать интеллектуалом[30], но не в музыкальной сфере, хотя часто играл на лютне вторую партию вместе с Винченцо. В то же время он видел, как идеалистические устремления отца разбиваются о жестокую реальность, в том числе о нехватку денег, что могло внушить Галилею упрямое желание преуспеть в жизни.

Отношения Галилео с матерью были значительно более сложными. Даже его брат Микеланджело описывал мать как совершенно ужасную женщину. Тем не менее, несмотря на многочисленные неприятные ситуации, когда, например, Джулия следила за Галилеем и пыталась украсть несколько его линз для телескопа, чтобы подарить своему зятю, в последующие годы он делал все возможное, чтобы обеспечить ее.

Винченцо вернулся из Пизы во Флоренцию, когда Галилео было около десяти лет. Теснота в доме едва сводящей концы с концами семьи, где быстро прибывали дети, могла стать одной из причин того, что Галилео ненадолго оставили в Пизе у родственника матери, Муцио Тедальди. В этот период жизни его образование составляли латынь, поэзия и музыка. Как его первый биограф Вивиани, так и его сосед и второй биограф Никколо Джерардини[31] сообщают, что Галилей быстро превзошел уровень, на котором его учитель мог быть ему полезен, и продолжил образование самостоятельно, читая классических авторов.

В одиннадцать лет его отправили в монастырь Валломброза, в тиши которого он изучал логику, риторику и грамматику. Он также познакомился с изобразительными искусствами, наблюдая за работой художников, живших при монастыре. В этом восприимчивом возрасте он не мог не попасть под влияние настоятеля Валломброзы, очевидно обладавшего энциклопедическими знаниями во всех областях – от математики до астрологии и теологии, а также “всех прочих важных искусств и наук”.

Хотя нет сомнений, что интеллектуальная и духовная атмосфера монастыря привлекала Галилея, мы не знаем наверняка, действительно ли он намеревался стать послушником ордена камальдулов. В любом случае у Винченцо были собственные планы в отношении сына. Желая, вероятно, возродить былую славу своего рода, включавшего прадеда – знаменитого флорентийского врача, а также обеспечить будущее финансовое благополучие Галилео, Винченцо записал сына на медицинский факультет Пизанского университета в сентябре 1580 г.[32].

К сожалению, медицина, которая в то время преподавалась на основе, главным образом, трудов прославленных анатомов, начиная с древнегреческого Галена Пергамского, и была полна косных правил и предрассудков, навевала на Галилео скуку. Он не чувствовал готовности “склониться… едва ли не вслепую” перед догадками и мнениями древних авторов. Впрочем, нечто хорошее из этого первого года в Пизе все-таки вышло: встреча с придворным математиком тосканских герцогов Остилио Риччи[33]. Прослушав лекции Риччи по евклидовой геометрии, Галилей был зачарован. По словам Вивиани, еще до этого “имея большой талант и интерес… к живописи, перспективе и музыке и часто слыша от отца, что подобные вещи имеют своей основой геометрию, он проникся желанием овладеть ею”. Соответственно, он полностью посвятил себя самостоятельному изучению Евклида, совершенно забросив медицину.

Более трех столетий спустя прозвучат слова Эйнштейна: “Если уж Евклиду не удалось разжечь в вас юношеский энтузиазм, значит, вы не родились стать научным мыслителем”[34]. Галилей прошел этот своеобразный тест блестяще. Более того, избрав своим поприщем математику, он летом 1583 г. представил Риччи своему отцу в надежде, что математик убедит Винченцо в правильности этого выбора. Риччи объяснил Винченцо, что математика является предметом подлинной страсти Галилео, и выразил готовность стать наставником молодого человека. Винченцо, сам очень неплохой математик, не возражал, но питал обоснованные родительские опасения, что Галилео не найдет работы в этой сфере. В конце концов, он, музыкант, на собственном опыте знал, что значит иметь не особенно хлебную профессию. Соответственно, отец настаивал, чтобы Галилео сначала завершил курс медицины, угрожая в случае отказа лишить сына средств к существованию. К счастью для истории науки, отец и сын в конце концов пришли к компромиссу: Галилео может продолжить изучение математики еще один год на отцовские деньги, после чего обязан будет сам себя содержать.

Риччи познакомил ученика с трудами Архимеда, чей гений в решении физических и практических инженерных задач вдохновил Галилея и повлиял на всю его научную деятельность. Учитель самого Риччи, математик Никколо Тарталья, был ученым, опубликовавшим некоторые труды Архимеда на латыни, а также выполнившим авторитетный итальянский перевод шедевра Евклида “Начала”. Неудивительно, что две самые первые научные работы Галилея – о задаче поиска центра масс системы грузов и об условиях, при которых тела плавают в воде, – были посвящены темам, глубоко интересовавшим Архимеда. Второй биограф Галилея Джерардини приводит следующие его слова: “Можно без опаски и невозбранно перемещаться по небесам и по земле, пока не забываешь об учении Архимеда”[35]. Забавным итогом этой последовательности событий в жизни молодого человека, впрочем, стало то, что Галилей – один из величайших научных умов в истории – в 1585 г. оставил Пизанский университет, бросив медицину и так и не получив научной степени ни по какой дисциплине.

Однако занятия Галилея под руководством Риччи и его знакомство с Архимедом не были бесплодными. Они сформировали у него твердое убеждение в том, что с помощью математики можно расшифровать тайны природы. В математике он увидел способ превратить явления в точные утверждения, которые затем можно проверить и однозначно доказать. Это было действительно выдающееся озарение. Еще и через 350 лет это удивление будет звучать в словах Эйнштейна: “Как это возможно, что математика, продукт человеческого мышления, независимый от опыта, настолько безупречно соответствует объектам физической реальности?”[36].

Вивиани рассказывает захватывающую историю о временах ученичества Галилея в Пизе. В 1583 г., в возрасте 19 лет, он заметил, что светильник, подвешенный на длинной цепочке в Пизанском соборе, раскачивается из стороны в сторону. Галилей понял, считая удары своего сердца, что время полного колебания светильника постоянно (строго говоря, лишь при условии, что амплитуда не слишком велика). Отталкиваясь от этого простого наблюдения, с восхищением пишет Вивиани, Галилей “при помощи очень точных экспериментов подтвердил, что все его [маятника] качания одинаковы [постоянство периода колебания]”. Далее Вивиани рассказывает, что на основе постоянства колебания маятника Галилей сконструировал медицинский прибор для измерения частоты пульса. Эта история стала так популярна в последующие годы, что в 1840 г. художник Луиджи Сабателли создал прекрасную фреску с изображением молодого Галилея, наблюдающего за светильником (см. вклейку, илл. 1).

У этого поразительного рассказа есть лишь одна “небольшая” проблема. Светильник, о котором идет речь, был повешен в Пизанском соборе лишь в 1587 г., через четыре года после того, как Галилео, предположительно, созерцал его раскачивания. Возможно, конечно, что Галилей видел другой светильник, ранее висевший на том же месте. Однако, поскольку сам он впервые упоминает о том, что маятник имеет постоянный период колебаний, только в 1598 г. и отсутствуют какие-либо документальные свидетельства изобретения им какого бы то ни было прибора для измерения пульса, большинство историков науки подозревают, что рассказ Вивиани является не более чем преувеличением, типичным для биографий того времени.

В действительности венецианский врач Санторио Санторио сообщил в публикации 1626 г. детали конструкции своего пульсилогиума – устройства, способного точно измерять частоту пульса на основе постоянства периода маятника. Галилей, обычно очень агрессивно реагирующий на любые попытки лишить его признания, никогда не заявлял о своем первенстве в этом вопросе. Тем не менее тот факт, что Галилей мог экспериментировать в мастерской своего отца с грузами, подвешенными на струнах (фактически маятниками), действительно оставляет некоторую вероятность того, что в сообщении Вивиани присутствует зерно истины. Галилео, безусловно, начал использовать маятники для измерения времени в 1602 г., а в 1637 г. даже высказал идею маятниковых часов. Сын Галилея Винченцо начал делать модель по отцовскому замыслу, но, к сожалению, умер в 1649 г., не успев ее закончить. Подобные работающие часы были в конце концов изобретены в 1656 г. голландским ученым Христианом Гюйгенсом.

Покинув Пизу без научной степени, Галилей был вынужден искать возможность прокормиться и начал частным образом преподавать математику во Флоренции и в Сиене. В 1586 г. он также опубликовал маленький научный трактат “Маленькие гидростатические весы” (La Bilancetta)[37], не особенно оригинальный, за исключением предложения более точного способа взвешивания предметов в воздухе и в воде. Это было особенно полезно для ювелиров, среди которых взвешивание драгоценных металлов подобным образом являлось обычной практикой.

В конце 1586 г. Галилей начал работать над трактатом о движении и свободно падающих телах. Следуя древнему примеру Платона, Галилей писал в форме диалога. Этот жанр был чрезвычайно популярен в Италии ХVI в. как средство технического изложения, полемики и создания маленькой драмы убеждения. Книга так и не была закончена и посвящалась по большей части вопросам, по современным меркам, весьма тривиальным. Тем не менее это был важный шаг на пути Галилея к новой механике. В частности, трактат включал два интересных момента. Во-первых, в 22 года Галилей уже имел дерзость возражать великому Аристотелю в вопросах, связанных с движением, несмотря на то что необходимые математические инструменты для работы с такими переменными, как скорость и ускорение, еще не существовали. (Вычисления, позволяющие правильно определить скорость и ускорение как показатель быстроты изменения, были выполнены Ньютоном и Готфридом Лейбницем лишь в середине ХVII в.).

Второй интересный момент: Галилей пришел к предварительному выводу, что, независимо от веса, свободно падающие тела из одинакового материала движутся в одной среде с одинаковой скоростью. В последующие годы это соображение станет частью одного из величайших открытий в механике.

В свете драмы, связанной с именем Галилея и его принятием коперниканства, любопытно также обнаружить, что в самостоятельной рукописи “Трактат о сфере, или Космография” (Trattato della sfera ovvero cosmografia)[38], написанной, по-видимому, в конце 1580-х гг. и почти наверняка предназначавшейся главным образом для нужд его частной преподавательской деятельности, Галилей полностью принимает старую геоцентрическую систему Птолемея, в которой Солнце, Луна и все планеты движутся вокруг Земли по круговым орбитам.

Стремясь придать вес своему скромному резюме, Галилей в 1587 г. нанес визит ведущему математику ордена иезуитов в Риме Христофору Клавию. Клавий, ставший полноправным членом ордена в 1575 г., преподавал разделы математики в престижном Римском колледже (Collegio Romano) с 1564 г. В 1582 г. он был старшим математиком в комиссии, утвердившей григорианский календарь. В частности, Галилея заинтересовала одна должность: открывалась кафедра математики в Болонском университете, старейшем в западном мире, в котором учились такие выдающиеся личности, как Николай Коперник[39] и гуманист и архитектор Леон Баттиста Альберти. Надеясь получить рекомендацию Клавия, Галилей оставил ему несколько своих оригинальных работ по нахождению центра тяжести различных твердых тел – популярной теме у математиков-иезуитов того времени.

Примерно в то же время Галилей доказал интересную теорему, вызвав некоторую шумиху. Он продемонстрировал, что, если взять серию грузов, скажем 1 фунт (древняя мера веса, равная приблизительно 0,45 кг), 2 фунта, 3 фунта, 4 фунта и 5 фунтов, и подвесить их на равных расстояниях друг от друга на уравновешенном плече, то центр тяжести (точка равновесия плеча) будет делить длину плеча точно в соотношении два к одному. Эта маленькая теорема принесла Галилею определенное признание от Падуи и Рима до бельгийских университетов, но болонская кафедра все-таки досталась Джованни Антонио Маджини, признанному астроному, картографу и математику из Падуи.

Эта неудача должна была стать сокрушительным ударом для молодого и амбициозного Галилея, но разочарование вскоре смягчила оказанная ему великая честь. В 1588 г. консул Флорентийской академии Баччо Валори пригласил Галилея прочесть в Академии две лекции по географии и архитектуре ада (Inferno), описанного в шедевре Данте “Божественная комедия”.

В масштабном поэтическом произведении (насчитывающем более 14 000 строк) Данте описывает воображаемое путешествие поэта по загробной жизни, черпая вдохновение в трудах широкого круга философов. Совершив впечатляющий тур по аду и чистилищу поэт, наконец, достигает “любви, что движет Солнце и светила”.

Приглашение выступить с лекциями продемонстрировало уважение Академии не только к математическим способностям Галилея, но и к его литературной учености. Галилей был, безусловно, рад этому обращению по двум главным причинам. Во-первых, составление карты ада “Божественной комедии” по запутанному описанию Данте[40] впервые предоставило ему возможность попытаться перебросить мостик от литературного шедевра к научному мышлению. В последующие годы важной частью его философии и наследия станет демонстрация того, что наука – это неотъемлемая часть культуры, не только не умаляющая, но способная дополнить поэтический опыт. Чтобы получить средство достижения этой цели, он пошел против давней традиции написания научных текстов на латыни и писал на итальянском. Двигаясь в другом направлении, Галилей в своих обширных научных трудах прибегал к литературным источникам, достигая красочного, пробуждающего ум читателя изложения идей.

Во-вторых, Галилей отчетливо понимал важность этих лекций для его собственной карьеры. Фактически ему было предложено выступить арбитром между двумя противоположными рассуждениями и представлениями о местоположении, структуре и размерах ада, предложенными двумя толкователями работы Данте. Одним был обожаемый флорентийцами архитектор и математик Антонио Манетти, биограф знаменитого архитектора Филиппо Брунеллески, вторым – интеллектуал Алессандро Веллутелло Луккский. Веллутелло утверждал, что конструкция Манетти, напоминающая гигантский амфитеатр, не может быть устойчивой, и предложил альтернативную модель, в которой ад занимал намного меньший объем вокруг центра Земли. На кону стояло намного больше, чем исход высокоученого диспута. В 1430 г. Флоренция потерпела от Лукки унизительный военный разгром. После безуспешной осады этого города Брунеллески, в то время выступавший в роли военного инженера, предложил идею обратить вспять течение реки Серкьо, чтобы окружить Лукку озером и принудить к сдаче. План произвел катастрофический обратный эффект: дамба рухнула – и река затопила лагерь флорентийцев. Этот болезненный урок, безусловно, вспоминался членам Флорентийской академии, когда они обратились к Галилею с просьбой доказать, что “Веллутелло возводит поклеп” на Манетти. Более того, комментарий Веллутелло представляет собой посягательство на авторитет Манетти – следовательно, и Флорентийской академии – в интерпретации Данте. Иными словами, Галилею было доверено спасти престиж Академии, и он понимал, что, присудив Манетти победу над Веллутелло, будет считаться защитником чести Флоренции.

Галилей начал свою первую лекцию с прямой ссылки на астрономические наблюдения (вероятно, ввиду того обстоятельства, что большинство мест, на которые он в те времена претендовал, были связаны с математикой и астрономией), но подчеркнул, что раскрытие архитектуры ада потребует теоретических рассуждений. Затем он быстро перешел к описанию интерпретации Манетти, пользуясь навыками аналитического мышления, которые станут его отличительной чертой во всех научных изысканиях. Темное пространство Дантова ада занимает воронкообразную часть Земли, в центре куполообразного основания воронки находится Иерусалим, а ось воронки зафиксирована в центре Земли (на илл. 2.1 представлено изображение, созданное Боттичелли). В противоположность утверждению Веллутелло, будто структура, предложенная Манетти, занимает полную одну шестую объема Земли, Галилей использовал геометрию твердых тел, которую освоил, читая труды Архимеда, чтобы доказать, что в действительности она заполняет меньше семи сотых всей массы – по его словам, “менее одной из четырнадцати частей совокупного целого”. Затем он методично разгромил модель Веллутелло, показав не только то, что части предложенного им архитектурного сооружения рухнули бы под собственным весом, но и что его конструкция даже не соответствует устрашающему описанию сошествия в ад у Данте. Напротив, заявил Галилео, конструкция Манетти “достаточно мощна, чтобы выстоять”. Галилей завершил лекцию об аде благодарностью Академии, которой считал себя “чрезвычайно обязанным”, мудро упомянув о своих надеждах, что ему удалось продемонстрировать, “насколько несравненно тоньше построение Манетти”.

К сожалению, желая потрафить аудитории, Галилей угодил в собственную ловушку. Он не заметил, что архитектурное построение Манетти также обречено на обрушение (на что не обратил внимания и никто из его слушателей). По-видимому, он обнаружил свой промах вскоре после прочтения лекций об аде, поскольку долгие годы на них не ссылался, и его биограф Вивиани ни разу не упомянул об этих лекциях, хотя жил в доме Галилея все последние годы жизни учителя.

Только в своей последней книге “Беседы”[41] Галилей вернулся к интересной проблеме прочности и устойчивости конструкций при их масштабировании. Самое важное понимание, которое он к тому времени приобрел, состояло в том, что, если объем (и, соответственно, вес) возрастает в 1000 раз при десятикратном увеличении размера, сопротивляемость растрескиванию (происходящему на двумерных поверхностях) увеличивается только в 100 раз, следовательно, растет медленнее веса. Галилео писал в “Беседах”: “Машина большего размера, изготовленная из того же материала и в тех же пропорциях, что и меньшая, во всех остальных отношениях будет реагировать строго пропорционально меньшей, за исключением своей прочности и способности противостоять разрушительным воздействиям; чем больше корабль, тем менее прочным он будет”. Далее, намекая на свой промах с адом, он замечает, что “некоторое время назад” сам ошибся, оценивая надежность масштабных объектов. Пожалуй, самым примечательным в небезупречном эпизоде Галилея с адом было то, что даже через много лет после научного выступления о поэтическом труде ученый чувствовал потребность вновь оценить свои выводы, пересмотреть старые идеи на основе новообретенных и опубликовать новые, правильные результаты в совершенно ином контексте задач.

Галилей был истинным человеком эпохи Возрождения. Уместно задаваться вопросом, существуют ли такие люди в нашу эпоху узкой специализации и установки на карьерный рост, более того, необходимы ли еще личности, интересующиеся широким спектром вопросов, или универсалы с разнообразными интересами. Изучив около сотни интервью с необычайно креативными мужчинами и женщинами самого разного рода занятий, психолог Чикагского университета Михай Чиксентмихайи предположил, что ответ на оба вопроса утвердительный. Его вывод: “Если необязательно быть вундеркиндом, чтобы в дальнейшем проявлять творческие способности, то более обычного развитое любопытство – это принципиально. Практически каждый человек, внесший новаторский вклад в ту или иную область, вспоминает, как его завораживали тайны жизни, и может рассказать множество историй о своих попытках их разгадать”[42]. Действительно, креативность часто означает способность заимствовать идеи в одной сфере и переносить их в другую. Например, Чарльз Дарвин почерпнул одно из основополагающих понятий своей теории эволюции, градуализм, из общения с друзьями-геологами. Это было представление о том, что как поверхность Земли очень медленно формируется под действием воды, Солнца, ветра и геологической активности, так и эволюционные изменения происходят на протяжении жизни сотен тысяч поколений.

Признание того, что запрос на “людей эпохи Возрождения” способен вдохнуть креативность в современный мир, не означает отказа от специализации. Имея источники информации под рукой, даже пресловутые 10 000 часов (предположительно, необходимые для достижения мастерского уровня в определенной задаче, согласно Малкольму Гладуэллу, хотя это утверждение было оспорено авторами исходного исследования) можно сократить благодаря более эффективным приемам и методам обучения. Экономия времени в сочетании с тем фактом, что люди теперь живут дольше, чем когда-либо прежде, означает, что сегодня ничто (по крайней мере, в принципе) не мешает людям становиться одновременно специалистами и универсалами ренессансного типа.

Вернемся к жизни Галилея. Репутация, завоеванная им благодаря лекциям об аде, и весомая рекомендация, которую он вскоре получил от Клавия, оказались чрезвычайно полезными. Летом 1589 г. Филиппо Фантони оставил кафедру математики Пизанского университета, и Галилей, некогда покинувший стены этого заведения недоучкой, получил назначение.